(57)【要約】【課題】モータのコイルやコントローラのパワー素子などの発熱素子周辺に冷却液を循環させて、冷却液を熱媒体として発熱素子からの発熱量を放熱用フィンで放熱させることにより、モータやコントローラの温度が過度に上昇し、装置各部に発熱による弊害が発生するのを防止することにある。【解決手段】モータの駆動によってステアリング系の操舵補助を行うための電動パワーステアリング装置であって、１又は複数の発熱部と、該発熱部から発生する熱を外部に逃がすための放熱部とを有し、該放熱部と前記１又は複数の発熱部との間を冷却液配管で閉ループ状に連結して冷却液循環回路を形成するとともに、該冷却液循環経路に循環ポンプを設け、該循環ポンプによって前記冷却液循環経路内で冷却液を循環させることにより、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動によってステアリング系の操舵補助を行うための電動パワーステアリング装置であって、
１又は複数の発熱部と、該発熱部から発生する熱を外部に逃がすための放熱部とを有し、該放熱部と前記１又は複数の発熱部との間を冷却液配管で閉ループ状に連結して冷却液循環回路を形成するとともに、該冷却液循環経路に循環ポンプを設け、該循環ポンプによって前記冷却液循環経路内で冷却液を循環させることにより、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにしたことを特徴とする水冷式電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記循環ポンプの回転軸は、前記モータの駆動軸に連結されていて、前記モータの駆動力を利用し、前記循環ポンプによって前記冷却液循環経路内で冷却液を循環させるようにした請求項１記載の水冷式電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記循環ポンプは、回転軸から放射状に延びる複数の羽根を備え、前記モータの回転に応じて前記複数の羽根を正逆回転自在に構成するとともに、前記複数の羽根の回転方向に応じて前記循環ポンプで加圧された流体をポンプ吐出方向に導くように案内通路を切り替える流路切替スイッチを設け、前記冷却液循環経路内で冷却液を一方向にのみ循環させるようにした請求項１又は２記載の水冷式電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記循環ポンプには、コントローラが併設され、該コントローラを前記循環ポンプと一体化した請求項１乃至３のいずれかに記載の水冷式電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記発熱部は、モータおよびコントローラである請求項１乃至４のいずれかに記載の水冷式電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動によって操舵補助を行う電動パワーステアリング装置に関し、特にモータのコイルや制御回路のパワー素子などの発熱体を冷却液によって冷却する水冷式電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置では、トルク信号に基づいて、コントローラによってモータ駆動回路への通電を制御して、ステアリング系の操舵補助を行うようになっている。その際、モータのコイルやパワー素子などの発熱素子は、モータ駆動回路への通電によって発熱するため、モータの出力特性が低下したり、駆動回路近傍に配置された他の回路に熱影響を与え、電動パワーステアリング装置のアシスト特性を大きく変動させてしまう恐れがあった。
【０００３】
そのため、モータの放熱性能が不十分であると、モータの出力を維持するのに、モータを大容量でかつ高出力のものを採用しなければならず、装置の高コスト化に繋がっていた。また、パワー素子などの発熱素子も、温度が上昇すると、モータに出力すべき最大電流が制限されるとともに、発熱素子とともに駆動回路を構成している他の部品の寿命が著しく低下する恐れがあった。その結果、駆動回路などの回路特性が熱変動を受け、モータに所定の電流が通電不能になって、アシスト特性を大きく変動させてしまう恐れがあった。
【０００４】
そこで、モータのコイルや駆動回路内のパワー素子などの発熱素子を冷却する装置として、例えば特許文献１に示すように、モータの回転を減速させるための減速ギアのハウジング内に潤滑油を封入して減速ギアを油浴状態にするとともに、ハウジングの外部に、ハウジング内と連通する潤滑油を満たした収納室を設けたものが開示されている。これにより、発熱素子を収納室内の潤滑油に浸漬した状態で、発熱素子から発生した熱量を潤滑油に放熱させて、発熱素子の温度の上昇を防止するようになっている。
【特許文献１】特許３４２７５３１号公報
【特許文献２】特開平８−１６４８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のような潤滑油による冷却方式は、モータのコイルなどの発熱体が温度上昇するのを効果的に防止する方法ではなかった。
【０００６】
そのため、本願出願人は、電動パワーステアリング装置のハウジングに、放熱フィンを設けるとともに、ハウジングを放熱性の高いアルミで形成し、モータのコイルやコントローラのパワー素子などから発生した熱を外部に放熱し、モータなどに熱的な悪影響が生じるのを排除するようにしたものを提案した（特許文献２）。
【０００７】
ところで、電動パワーステアリング装置は、今後、ますます高出力化、小型化が要求される傾向にあって、より効果的な放熱方法が要求されるようになっている。すなわち、モータの放熱性能が悪いと、モータの設計出力を維持するために高出力なモータを用いる必要があって、高コスト化に繋がる虞れがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、モータのコイルやコントローラのパワー素子などの発熱素子周辺に冷却液を循環させて、冷却液を熱媒体として発熱素子からの発熱量を放熱用フィンで放熱させることにより、モータやコントローラの温度が過度に上昇し、装置各部に発熱による弊害が発生するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、モータの駆動によってステアリング系の操舵補助を行うための電動パワーステアリング装置であって、１又は複数の発熱部と、該発熱部から発生する熱を外部に逃がすための放熱部とを有し、該放熱部と前記１又は複数の発熱部との間を冷却液配管で閉ループ状に連結して冷却液循環回路を形成するとともに、該冷却液循環経路に循環ポンプを設け、該循環ポンプによって前記冷却液循環経路内で冷却液を循環させることにより、前記発熱部で発生した熱を前記放熱部まで搬送して外部に放熱するようにしたことにより、達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記循環ポンプの回転軸を、前記モータの駆動軸に連結していて、前記モータの駆動力を利用し、前記循環ポンプによって前記冷却液循環経路内で冷却液を循環させるようにしたことにより、達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記循環ポンプに、回転軸から放射状に延びる複数の羽根を備え、前記モータの回転に応じて前記複数の羽根を正逆回転自在に構成するとともに、前記複数の羽根の回転方向に応じて前記循環ポンプで加圧された流体をポンプ吐出方向に導くように案内通路を切り替える流路切替スイッチを設け、該流路切替スイッチによって、前記冷却液循環経路内で冷却液を一方向にのみ循環させるようにしたことにより、効果的に達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記循環ポンプに、コントローラを併設し、該コントローラを前記循環ポンプと一体化したことにより、効果的に達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記発熱部をモータおよびコントローラにしたことにより、達成される。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に係る水冷式電動パワーステアリング装置によると、モータのコイルやコントローラのパワー素子などの発熱素子から発生する熱を冷却液に吸熱するとともに、この冷却液を循環ポンプによって冷却液循環経路を介して放熱部まで搬送して外部に放熱するようにした。このような冷却方式により、発熱素子で発生した熱を効率よく冷却することができ、モータの出力特性が低下するのを防止するとともに、コントローラのパワー素子以外の他の回路素子に熱的な悪影響を与えるのを防止することができる。よって、モータやコントローラからの発熱を考慮に入れた大容量モータを採用する必要がなくなり、装置の小型化が図れる。また、モータには、常に所期する通電量が得られ、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。また、モータの動力を利用して冷却液を循環させ、モータを効率よく冷却するため、モータの小型化を図れるとともに、低コストでかつ高出力なモータを得ることができる。その際、モータとコントローラとを一体に形成すると、装置全体の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係る水冷式電動パワーステアリング装置の第１実施例を示し、同図において、ステアリングホイール１に連なるステアリングコラム２に、トルクセンサ３と、減速ギア４を介してモータ５が設けられている。これにより、モータ５の駆動力を減速ギア４を介してステアリングコラム２内に配されたステアリングシャフト６に伝達することにより、ステアリングホイール１の操作をアシストするようになっている。
【００１７】
また、モータ５は、モータハーネス６によってコントローラ７に接続されていて、該コントローラ７内の制御回路によってモータ５の作動を制御するようになっている。ここで、モータ５およびコントローラ７の内部には、コイルやパワー素子などの発熱素子を冷却するための冷却液が流通する冷却液通路（図示せず）が形成されている。
【００１８】
そして、モータ５およびコントローラ７内の冷却液通路は、冷却液配管８によってラジエータ９に接続され、これらを閉ループ状に連結する冷却液循環経路Ａが構成されている。この冷却液循環経路Ａには、遠心ポンプなどからなる冷却液の循環ポンプ１０が介設されていて、該循環ポンプ１０によって冷却液を循環させるようになっている。すなわち、冷却液がモータ５とコントローラ７を通る際に、コイルやパワー素子などから発生する熱を吸熱することにより、冷却液の温度が上昇する。この冷却液は、循環ポンプ１０によって冷却液循環経路Ａ内を流通してラジエータ９で外部に放熱されることにより、冷却液の温度が降下する。そして、冷却液は、循環ポンプ１０によって、再度、モータ５とコントローラ７に送られ、モータ５とコントローラ７の冷却サイクルを繰り返すようになっている。
【００１９】
従って、循環ポンプ１０によって、冷却液循環経路Ａ内で冷却液を循環させるだけで、モータ５やコントローラ７で発生する熱を効率よく外部に放熱させて冷却することができる。よって、モータ５やコントローラ７の温度を常に適正値に維持することができるので、モータ５の出力特性の低下を防止し、コントローラ７に配された回路素子などの回路特性を損なうことがない。その結果、モータ５の小型化を図れるとともに、低コストでかつ高出力なモータを得ることができる。
【００２０】
さらに、冷却液循環経路Ａは、その構造上、モータ５内の固定子側を冷却することが容易であり、固定子側にコイルを設けたモータ、例えばブラシレスモータの場合、コイルと冷却液とが接近した状態で熱交換を行うことができ、コイル、すなわち発熱部をより効果的に冷却することができる。
【００２１】
なお、冷却液は、電動パワーステアリング装置の種々の使用環境を考慮すると、不凍液を用いることが望ましい。
【実施例２】
【００２２】
図２は、本発明の第２実施例を示し、上記第１実施例と同一の部材には同一の符合を付して、その説明を省略する。
【００２３】
上記第１実施例では、循環ポンプ１０をモータ５とは異なる位置に配した。これに対し、循環ポンプ１０をモータ５に併設し、その羽根車をモータ５の出力軸に連結して、モータ５の回転力で、循環ポンプ１０の羽根車を回転させるようになっている。
【００２４】
この場合、モータ５は、ステアリングホイール１の操作方向に応じて、正逆いずれの方向にも回動するため、循環ポンプ１０も正逆いずれの方向にも回転可能になっている。そのため、循環ポンプ１０は、正逆いずれの方向に回転しても、冷却液は、冷却液循環経路Ａで常に一方向に循環するようになっている。
【００２５】
すなわち、循環ポンプ１０は、図３および図４に示すように、回転軸２１から放射状に複数の羽根２２が延びていて、吐出口２３には、支軸２４を中心として揺動自在の切替部材２５が設けられた流路切替スイッチＢを構成している。この切替部材２５は、モータ５が駆動すると、揺動によって吐出口２３の両側内縁に当接して、羽根２２の回転方向に応じてポンプ室内に形成される右回り吐出流路と左回り吐出流路のうち、いずれか一方を閉鎖するように設定される。すなわち、羽根２２が図３実線矢印方向に回転すると、切替部材２５は図３左側に位置する一方、羽根車２２が図４実線矢印方向に回転すると、切替部材２５は図４右側に位置する。
【００２６】
これにより、循環ポンプ１０は、モータ５の回転方向に応じて羽根２２がいずれの方向に回転しても、図３及び図４の紙面に対して垂直方向から冷却液が吸入された後、切替部材２５の位置によって図３又は図４の破線矢印方向に沿って吐出口２３に流れる。そして、吐出口２３から常に一定の方向に吐出され、冷却液は、冷却液循環経路Ａ内で一方向に循環するようになっている。この場合、羽根２２の回転軸２１は、ポンプ室の中心軸に対し偏心した位置に配設されているので、ポンプ室内を循環する冷却液の液量を減少させる作用を奏し、吐出効率を高くすることができるとともに、常に一定の液量で吐出させることができる。よって、モータやコントローラの発熱体を効率よくかつ安定して冷却することができる。
【００２７】
従って、第２実施例でも、上記第１実施例と同様の効果を奏するとともに、循環ポンプ１０は、モータ５に併設され、モータ５の駆動力を有効に利用するため、装置の小型化を図ることができる。
【００２８】
なお、モータ５と循環ポンプ１０との間にクラッチ機構を設け、モータ５側の駆動軸（入力軸）を正逆いずれの方向に回転しても、循環ポンプ１０側の回転軸（出力軸）は一方向しか回転しないクラッチ機構を有するポンプを用いてもよく、羽根車を一方向に回転させて、冷却液を冷却液循環経路Ａ内で常に一方向に流すことが可能である。
【実施例３】
【００２９】
図５は、本発明の第３実施例を示し、上記第２実施例と同一の部材には同一の符合を付して、その説明を省略する。
【００３０】
図５に示すように、モータ５には、循環ポンプ１０とともに、コントローラ７が併設されている。この場合、モータ５とコントローラ７とは近接しているため、モータハーネスを短くすることができ、モータハーネスでの電圧ロスが減少する。
【００３１】
従って、第３実施例でも、上記第１および第２実施例と同様の効果を奏するとともに、コントローラ７は、モータ５および循環ポンプ１０とともに一体としてユニット化することが可能となり、車両への取付性が向上して、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３２】
なお、上記各実施例では、コラム型の電動パワーステアリング装置を例として挙げて説明したが、これに限定されず、ピニオン型、ダブルピニオン型、ラックアシスト型などの電動パワーステアリング装置に適用してもよく、上記各実施例と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る水冷式電動パワーステアリング装置の第１実施例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例の概略構成を示す図１に対応する図である。
【図３】循環ポンプの回転軸に対して垂直方向の断面図である。
【図４】図３に対応する図であって、流路切替スイッチを図３と反対の位置に配した状態を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例の概略構成を示す図１に対応する図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ          冷却液循環経路
Ｂ          流路切替スイッチ
４          減速ギア
５          モータ
７          コントローラ
８          冷却液配管
９          ラジエータ
１０          循環ポンプ
２１          回転軸
２２          羽根
２３          吐出口
２４          支軸
２５          切替部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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